ggplot2によるデータ可視化

Kanazawa.R #1

伊東宏樹

2024-06-29

[CC-BY-SA]

内容

  • ggplot2パッケージの紹介

  • ggplot2でグラフを描く

Rのグラフィック環境

よく使われるのは2つ

  • baseグラフィックス

  • ggplot2

その他、plotlyとかも

ggplot2パッケージ

gg = Grammar of Graphics

統一された文法でグラフを描くことができる

インストール

ふつうにCRANからインストール（RStudioではTools > Install Packages… でも）

install.packages("ggplot2")

使い方

ライブラリをよびだし

library(ggplot2)

データ

3種のアヤメの花の形態データ（萼の長さ・幅、花弁の長さ・幅）

data(iris)
iris
    Sepal.Length Sepal.Width Petal.Length Petal.Width    Species
1            5.1         3.5          1.4         0.2     setosa
2            4.9         3.0          1.4         0.2     setosa
3            4.7         3.2          1.3         0.2     setosa
4            4.6         3.1          1.5         0.2     setosa
5            5.0         3.6          1.4         0.2     setosa
6            5.4         3.9          1.7         0.4     setosa
7            4.6         3.4          1.4         0.3     setosa
8            5.0         3.4          1.5         0.2     setosa
9            4.4         2.9          1.4         0.2     setosa
10           4.9         3.1          1.5         0.1     setosa
11           5.4         3.7          1.5         0.2     setosa
12           4.8         3.4          1.6         0.2     setosa
13           4.8         3.0          1.4         0.1     setosa
14           4.3         3.0          1.1         0.1     setosa
15           5.8         4.0          1.2         0.2     setosa
16           5.7         4.4          1.5         0.4     setosa
17           5.4         3.9          1.3         0.4     setosa
18           5.1         3.5          1.4         0.3     setosa
19           5.7         3.8          1.7         0.3     setosa
20           5.1         3.8          1.5         0.3     setosa
21           5.4         3.4          1.7         0.2     setosa
22           5.1         3.7          1.5         0.4     setosa
23           4.6         3.6          1.0         0.2     setosa
24           5.1         3.3          1.7         0.5     setosa
25           4.8         3.4          1.9         0.2     setosa
26           5.0         3.0          1.6         0.2     setosa
27           5.0         3.4          1.6         0.4     setosa
28           5.2         3.5          1.5         0.2     setosa
29           5.2         3.4          1.4         0.2     setosa
30           4.7         3.2          1.6         0.2     setosa
31           4.8         3.1          1.6         0.2     setosa
32           5.4         3.4          1.5         0.4     setosa
33           5.2         4.1          1.5         0.1     setosa
34           5.5         4.2          1.4         0.2     setosa
35           4.9         3.1          1.5         0.2     setosa
36           5.0         3.2          1.2         0.2     setosa
37           5.5         3.5          1.3         0.2     setosa
38           4.9         3.6          1.4         0.1     setosa
39           4.4         3.0          1.3         0.2     setosa
40           5.1         3.4          1.5         0.2     setosa
41           5.0         3.5          1.3         0.3     setosa
42           4.5         2.3          1.3         0.3     setosa
43           4.4         3.2          1.3         0.2     setosa
44           5.0         3.5          1.6         0.6     setosa
45           5.1         3.8          1.9         0.4     setosa
46           4.8         3.0          1.4         0.3     setosa
47           5.1         3.8          1.6         0.2     setosa
48           4.6         3.2          1.4         0.2     setosa
49           5.3         3.7          1.5         0.2     setosa
50           5.0         3.3          1.4         0.2     setosa
51           7.0         3.2          4.7         1.4 versicolor
52           6.4         3.2          4.5         1.5 versicolor
53           6.9         3.1          4.9         1.5 versicolor
54           5.5         2.3          4.0         1.3 versicolor
55           6.5         2.8          4.6         1.5 versicolor
56           5.7         2.8          4.5         1.3 versicolor
57           6.3         3.3          4.7         1.6 versicolor
58           4.9         2.4          3.3         1.0 versicolor
59           6.6         2.9          4.6         1.3 versicolor
60           5.2         2.7          3.9         1.4 versicolor
61           5.0         2.0          3.5         1.0 versicolor
62           5.9         3.0          4.2         1.5 versicolor
63           6.0         2.2          4.0         1.0 versicolor
64           6.1         2.9          4.7         1.4 versicolor
65           5.6         2.9          3.6         1.3 versicolor
66           6.7         3.1          4.4         1.4 versicolor
67           5.6         3.0          4.5         1.5 versicolor
68           5.8         2.7          4.1         1.0 versicolor
69           6.2         2.2          4.5         1.5 versicolor
70           5.6         2.5          3.9         1.1 versicolor
71           5.9         3.2          4.8         1.8 versicolor
72           6.1         2.8          4.0         1.3 versicolor
73           6.3         2.5          4.9         1.5 versicolor
74           6.1         2.8          4.7         1.2 versicolor
75           6.4         2.9          4.3         1.3 versicolor
76           6.6         3.0          4.4         1.4 versicolor
77           6.8         2.8          4.8         1.4 versicolor
78           6.7         3.0          5.0         1.7 versicolor
79           6.0         2.9          4.5         1.5 versicolor
80           5.7         2.6          3.5         1.0 versicolor
81           5.5         2.4          3.8         1.1 versicolor
82           5.5         2.4          3.7         1.0 versicolor
83           5.8         2.7          3.9         1.2 versicolor
84           6.0         2.7          5.1         1.6 versicolor
85           5.4         3.0          4.5         1.5 versicolor
86           6.0         3.4          4.5         1.6 versicolor
87           6.7         3.1          4.7         1.5 versicolor
88           6.3         2.3          4.4         1.3 versicolor
89           5.6         3.0          4.1         1.3 versicolor
90           5.5         2.5          4.0         1.3 versicolor
91           5.5         2.6          4.4         1.2 versicolor
92           6.1         3.0          4.6         1.4 versicolor
93           5.8         2.6          4.0         1.2 versicolor
94           5.0         2.3          3.3         1.0 versicolor
95           5.6         2.7          4.2         1.3 versicolor
96           5.7         3.0          4.2         1.2 versicolor
97           5.7         2.9          4.2         1.3 versicolor
98           6.2         2.9          4.3         1.3 versicolor
99           5.1         2.5          3.0         1.1 versicolor
100          5.7         2.8          4.1         1.3 versicolor
101          6.3         3.3          6.0         2.5  virginica
102          5.8         2.7          5.1         1.9  virginica
103          7.1         3.0          5.9         2.1  virginica
104          6.3         2.9          5.6         1.8  virginica
105          6.5         3.0          5.8         2.2  virginica
106          7.6         3.0          6.6         2.1  virginica
107          4.9         2.5          4.5         1.7  virginica
108          7.3         2.9          6.3         1.8  virginica
109          6.7         2.5          5.8         1.8  virginica
110          7.2         3.6          6.1         2.5  virginica
111          6.5         3.2          5.1         2.0  virginica
112          6.4         2.7          5.3         1.9  virginica
113          6.8         3.0          5.5         2.1  virginica
114          5.7         2.5          5.0         2.0  virginica
115          5.8         2.8          5.1         2.4  virginica
116          6.4         3.2          5.3         2.3  virginica
117          6.5         3.0          5.5         1.8  virginica
118          7.7         3.8          6.7         2.2  virginica
119          7.7         2.6          6.9         2.3  virginica
120          6.0         2.2          5.0         1.5  virginica
121          6.9         3.2          5.7         2.3  virginica
122          5.6         2.8          4.9         2.0  virginica
123          7.7         2.8          6.7         2.0  virginica
124          6.3         2.7          4.9         1.8  virginica
125          6.7         3.3          5.7         2.1  virginica
126          7.2         3.2          6.0         1.8  virginica
127          6.2         2.8          4.8         1.8  virginica
128          6.1         3.0          4.9         1.8  virginica
129          6.4         2.8          5.6         2.1  virginica
130          7.2         3.0          5.8         1.6  virginica
131          7.4         2.8          6.1         1.9  virginica
132          7.9         3.8          6.4         2.0  virginica
133          6.4         2.8          5.6         2.2  virginica
134          6.3         2.8          5.1         1.5  virginica
135          6.1         2.6          5.6         1.4  virginica
136          7.7         3.0          6.1         2.3  virginica
137          6.3         3.4          5.6         2.4  virginica
138          6.4         3.1          5.5         1.8  virginica
139          6.0         3.0          4.8         1.8  virginica
140          6.9         3.1          5.4         2.1  virginica
141          6.7         3.1          5.6         2.4  virginica
142          6.9         3.1          5.1         2.3  virginica
143          5.8         2.7          5.1         1.9  virginica
144          6.8         3.2          5.9         2.3  virginica
145          6.7         3.3          5.7         2.5  virginica
146          6.7         3.0          5.2         2.3  virginica
147          6.3         2.5          5.0         1.9  virginica
148          6.5         3.0          5.2         2.0  virginica
149          6.2         3.4          5.4         2.3  virginica
150          5.9         3.0          5.1         1.8  virginica

ggplot関数

ggplot関数だけで、空のグラフを作成

グラフを描きたいデータフレームをdata引数として与える

ggplot(data = iris)

データのマッピング

mapping引数にaes関数を指定して (aes = aesthetic mappings)、どの軸にどの変数を割り当てるかを決める

ggplot(data = iris,
       mapping = aes(x = Sepal.Width, y = Sepal.Length))

geom_pointで散布図グラフ

“+”演算子で要素を加えていく

geom_* = geometric object: データの描画方法を指定するレイヤー

ggplot(data = iris,
       mapping = aes(x = Sepal.Width, y = Sepal.Length)) +
  geom_point()

こうしても同じ

geom_*関数の方でmapping引数を指定することもできる（実はdata引数も）

ggplot(data = iris) +
  geom_point(mapping = aes(x = Sepal.Width, y = Sepal.Length))

種ごとに色分け

aes関数のcolour引数(colorでも可)にSpeciesを指定すると、Speciesの種類ごとに点の色が変わる

ggplot(iris, aes(x = Sepal.Width, y = Sepal.Length)) +
  geom_point(aes(colour = Species))

形を変える

shape引数にSpeciesを指定すると、Speciesの種類ごとに点の形が変わる

ggplot(iris, aes(x = Sepal.Width, y = Sepal.Length)) +
  geom_point(aes(colour = Species, shape = Species))

サイズを変える

size引数に倍率を指定（aes関数の外で）

ggplot(iris, aes(x = Sepal.Width, y = Sepal.Length)) +
  geom_point(aes(colour = Species, shape = Species),
             size = 3)

点を半透明に

alpha（不透明度）を指定すると、点を半透明にできる

ggplot(iris, aes(x = Sepal.Width, y = Sepal.Length)) +
  geom_point(aes(colour = Species, shape = Species),
             alpha = 0.7, size = 3)

配色を変える

scale_colour_manual関数で色を直接指定できる

ggplot(iris, aes(x = Sepal.Width, y = Sepal.Length)) +
  geom_point(aes(colour = Species, shape = Species),
             alpha = 0.7, size = 3) +
  scale_colour_manual(values = c("#E69F00", "#56B4E9", "#D55E00"))

軸ラベルの設定

labs関数でラベルを指定できる

ggplot(iris, aes(x = Sepal.Width, y = Sepal.Length)) +
  geom_point(aes(colour = Species, shape = Species),
             alpha = 0.7, size = 3) +
  scale_colour_manual(values = c("#E69F00", "#56B4E9", "#D55E00")) +
  labs(x = "Sepal width (mm)", y = "Sepal length (mm)")

グラフをオブジェクトに代入

p <- ggplot(iris, aes(x = Sepal.Width, y = Sepal.Length)) +
  geom_point(aes(colour = Species, shape = Species),
             alpha = 0.7, size = 3) +
  scale_colour_manual(values = c("#E69F00", "#56B4E9", "#D55E00")) +
  labs(x = "Sepal width (mm)", y = "Sepal length (mm)")

plotで表示（printでも可）

plot(p)

テーマを変える

theme_*関数でテーマを切り替えられる

p +
  theme_classic()

別のテーマ

p +
  theme_bw()

さらに別のテーマ

library(ggthemes)
ggplot(iris, aes(x = Sepal.Width, y = Sepal.Length)) +
  geom_point(aes(colour = Species, shape = Species), size = 3) +
  labs(x = "Sepal width (mm)", y = "Sepal length (mm)") +
  scale_color_excel() + theme_excel()

回帰直線を加える

ggplot(iris, aes(x = Sepal.Width, y = Sepal.Length)) +
  geom_point(aes(colour = Species, shape = Species),
             alpha = 0.7, size = 3) +
  geom_smooth(aes(colour = Species), method = lm)

グラフを保存する

ggsave関数でグラフをファイルに保存できる

ggsave(filename = file.path("figures", "plot.png"),
       device = png, width = 12, height = 8, units = "cm")

デフォルトでは直前に表示したグラフ

ファイル形式はPNGのほか、TIFF, BMP, PDF, SVGなど

オブジェクトに代入しておいたグラフの保存もできる

ggsave(filename = file.path("figures", "plot2.png"),
       plot = p,
       device = png, width = 12, height = 8, units = "cm")

別の種類のグラフ

  • geom_line: 折れ線グラフ

  • geom_boxplot: 箱ヒゲ図

  • geom_histogram: ヒストグラム

  • geom_bar: 棒グラフ

  • などなど

さらに知るには

データ分析のためのデータ可視化入門

キーラン・ヒーリー 著　瓜生真也・江口哲史・三村喬生 訳, 講談社

ggplot2: Elegant Graphics for Data Analysis (3rd ed)

Hadley Wickham, Danielle Navarro, and Thomas Lin Pedersen 著

オンライン版は無料